永泰县颗粒物分布特征及影响因素分析

邱黎清

（福州市永泰环境监测站，福建 福州 350000）

永泰县被称为“灵山秀水”，并享有“中国天然氧吧”“中国温泉之乡”等美誉，总体环境质量优良，但2018年、2019年、2021年均出现颗粒物超标导致环境空气轻度污染。各年份PM2.5、PM10负荷率之和均为50.0%左右[1]，可见颗粒物浓度对永泰空气质量影响重大，这主要是近年来永泰县道路改造、房地产开发、私家车保有量增加等在相当程度上增加了颗粒物来源。

1 分析方法

本文以永泰县上马路、城南小学空气自动站监测数据为基础，剔除异常数据后进行分析。利用EXCEL软件分析颗粒物分布特征，同时运用SPSS软件对颗粒物与其它大气污染物、颗粒物与气象条件之间相关性分析。除颗粒物年变化特征采用2017～2021年监测数据作比较，其余部分均以2021年监测数据为研究对象。

2 结果与讨论

2.1 颗粒物年变化特征

2017～2021年，永泰县PM2.5、PM10年均值范围分别为17～20 μg/m3、37～46 μg/m3，均达到《环境空气质量标准》GB3095-2012二级标准，尤其是2020年、2021年PM10年均值达到一级标准（见图1）。整体来看，2021年较2017年，PM2.5、PM10年均值均有降低，降幅分别为5.0%、9.3%。PM2.5/PM10（以下简称P值），各年变化范围为0.37～0.51，2021年较2017年，上升4.3%，这主要由于PM10的降幅超过PM2.5，与近年来永泰县重视环境空气质量，制定“大气污染防控行动计划”，推出“建筑工程施工扬尘防治方案”等密切相关。

图1 颗粒物浓度及P值各年度变化趋势

2.2 颗粒物季节变化特征

如图2，永泰县不同季节PM10、PM2.5浓度大小顺序均为：冬季（12～2月）>春季（3～5月）>秋季（6～8月）>夏季（9～11月）。可能原因是夏季大气对流强且降水量大，良好的扩散条件与冲刷稀释作用降低了颗粒物浓度，同时高温削减工地施工强度，从源头上减少颗粒物产生；而冬季易形成逆温层，污染物容易累积，且福州冬季盛行东北季风，北方污染物易随风影响永泰。P值从大到小为：冬季>秋季>春季>夏季，除冬季P值超过0.5，其余季节均小于0.5，说明永泰县冬季PM2.5对PM10浓度贡献较PM2.5-10大，污染程度较重，这多是由于冬季大气层稳定，易导致粒子老化，提高PM2.5浓度。春季、夏季P值低可能由于生物源增多导致PM2.5-10占比[2]。

图2 PM10、PM2.5浓度与P值不同季节的变化趋势

2.3 颗粒物日变化特征

PM10时均值变化呈双峰型（见图3）。10时、20时出现峰值，5时、15时出现谷值，这与人类活动、气象要素等关系紧密。如凌晨是休息时间，PM10处于低值区，5时后，人为活动开始逐渐增加，包括交通高峰、生产、生活等，PM10随之升高。临近中午时段，气温较高、大气对流强，扩散条件佳，PM10浓度随之下降。之后太阳辐射减弱、扩散条件变差、晚高峰出现，PM10浓度再次提升。20时后，人类活动减少，PM10浓度再次下降。PM2.5浓度变化与PM10相似，但由于浓度区间范围仅为16～23 μg/m3，因此日变化曲线较为平缓，从趋势看，可知其也与人类活动及气象条件等相关。

图3 PM10、PM2.5浓度与P值小时变化趋势

从日变化看，P值日均值为0.50，PM2.5与PM2.5-10对PM10浓度的影响力基本持平。早晚高峰，P值变化趋势完全不同：早高峰6～9时，P值下降；17～19时为晚高峰，P值上升。这可能是由于，早高峰时段车辆行驶导致二次悬浮的PM2.5-10在空气中的比例上升[3]，而晚高峰时段主要受汽车尾气及居民做饭、餐饮店排放的油烟等共同影响导致PM2.5占比上升，从而使早晚高峰期P值呈现相反的变化趋势。在中午前后，P值有所上升，并基本维持在0.49左右，这可能由于中午太阳辐射增强，光化学反应加快，PM2.5生量增加。

3 颗粒物与气象条件的相关性

如表1所示，全年来看，颗粒物与气温、湿度均为负相关。湿度主要通过促进颗粒物凝聚水分，增加重量，加大沉降速率，导致其浓度降低。气温则通过升温，提高分子间运动速率，使大气扩散条件变佳，从而降低颗粒物浓度。从不同季节看，夏季颗粒物与气温呈正相关，主要考虑由于太阳辐射强、气温高提升了光化学反应速率，有利于生成二次粒子。秋季颗粒物与相对湿度无显著相关性，可能受其它气象条件或秸秆燃烧等因素影响，削弱了二者的负相关性。从表2也可以看出，当气温[4.3 ℃，30 ℃），相对湿度[50%，98.3%]时，各区间范围内的颗粒物均值随气温、相对湿度的升高而降低。当气温从[25 ℃，30 ℃）上升至[30 ℃，32.1 ℃]，相对湿度从[50%，60%）下降至[42.3%，50%），颗粒物均值大小变化趋势与二者相同，这可能由于样本数量少造成统计误差，也可能受其它气象要素或排放源变化等影响。

表1 PM10、PM2.5与气温、湿度相关系数汇总

表2 气温、湿度不同取值范围内颗粒物均值及样本个数

4 PM10、PM2.5与SO2等大气污染物的相关性

表3可知，PM2.5与PM10全年及各季节日均浓度均显著相关，特别是春、秋两季及全年二者相关系数均为0.9左右，说明二者来源可能相同。从全年看，SO2与颗粒物相关性最弱。可能原因是SO2主要通过非均相与均相反应，形成硫酸盐提升颗粒物浓度[4]，而永泰县SO2浓度长期处于低值，年均值仅为5 μg/m3，对颗粒物贡献较小。PM2.5、PM10与CO的相关系数范围为0.3～0.5，表明PM2.5、PM10与CO的同源性较低。NO2与颗粒物呈中度相关，这与汽车尾气排放的NOX有关，NOX是产生二次粒子的重要前体物，对颗粒物具有一定贡献。O3与颗粒物呈正相关，这可能是O3与颗粒物均受二次污染物影响，且O3可提升大气氧化能力，利于二次粒子转化，从而提高PM2.5浓度[5]。分季节看，污染物各季节的相关系数均有差异，多是受气象条件、污染物排放源、外来传输程度不同等影响。如夏季受气温、日照等影响，光化学反应强烈；秋季易受生物质燃烧影响；春季考虑自然源作用；冬季则与外来污染物、燃放烟花爆竹、逆温层等有关。

表3 PM2.5、PM10与其它四项大气污染物间的相关系数汇总

5 空气污染日分析

以2021年2月11日15时至12日15日的监测数据为研究对象，11日为除夕，根据传统习惯，燃放烟花爆竹一般会集中出现在11日夜间至12日凌晨。期间PM2.5、SO2最高值出现在2月12日2时，分别为755 μg/m3、62 μg/m3，PM10峰值出现在2月12日3时，为610 μg/m3（见图4）。污染物高值与燃放爆竹的时间相符，由此可判断本次污染类型为突发型[6]。日均P值为0.76，尤其在AQI>100的时段，PM2.5与PM10浓度甚至出现倒挂，P值均值为0.92，远高于永泰县年均值，可见烟花爆竹产生PM2.5居多。分站点看，城南小学与上马路站颗粒物变化趋势相似，12日上马路AQI（162）>城南小学AQI（114），上马路P值（1.08）>城南小学P值（0.90）。两站点呈现上述差异，主要由于城南小学附近有大片农田，且周边多为低矮民房，而上马路高层建筑居多。就扩散条件而言，城南小学站优于上马路站，但城南小学较优的环境条件并不足以有效降低颗粒物对城区空气带来的负面影响，12日两个站点的空气质量均属于轻度污染。从气象条件看，当日风力一级，无降水，气温15.6 ℃，相对湿度83.2%。由前文可知，湿度高可降低颗粒物浓度，低温不易使颗粒物扩散，但考虑此次为突发型污染，气温与湿度对颗粒物影响较小。相关研究表明，风速具有稀释扩散和输送大气污染物的作用，一般情况，高风速能有效促进颗粒物扩散[7]；降水通过湿沉降作用降低颗粒物浓度，降水日颗粒物浓度较零降水日低30%以上[8]，而12日的降水量、风速均处于低值，可见就永泰城区而言，短时燃放烟花爆竹，在无降水、低风速等不利气象条件下，空气质量超标风险高，需做好大气污染防治工作。

图4 2021年2月11日15时至12日15时，SO2、PM10、PM2.5浓度及P值趋势变化

6 结语

（1）与2017年相比，2021年永泰县PM2.5、PM10年均值降低，P值升高，主要源于颗粒物相关防治措施得以实施，且PM10的降幅大于PM2.5。不同季节PM10、PM2.5浓度从大到小均为：冬季>春季>秋季>夏季，P值为：冬季>秋季>春季>夏季，冬季污染程度较高。PM2.5、PM10日变化趋势呈双峰型，PM2.5、PM2.5-10对PM10的贡献相当。

（2）从全年看，气温、湿度与颗粒物均呈负相关，SO2、NO2、CO、O3分别与PM2.5、PM10，PM2.5与PM10之间均呈正相关。其中PM2.5、PM10高度相关，二者来源可能相同；SO2与颗粒物相关性最弱，对颗粒物贡献不大；颗粒物与CO具有较低同源性；NO2主要通过汽车尾气影响颗粒生成；颗粒物与O3正相关，源于O3氧化能力强，利于二次颗粒物产生。不同季度各要素间相关系数有差异，多是受气象条件、污染物排放源、外来输入程度不同等影响。

（3）春节期间短时间燃放烟花爆竹产生的颗粒物，在不利气象条件下，易致空气质量超标，应及时采取污染防治措施。

建议督促工地严格落实“六个100%”，建立扬尘污染日常巡查机制，并运用扬尘在线监控系统，对城区工地实行差异化监管，有效防治工地扬尘污染；推进相关车辆加装定位系统，确保平车出场，科学规划行驶时间与路线，避免或减少渣土车途经县中心城区。同时化城市道路保洁工作。做好重点区域保洁作业，确保道路干净、无扬尘，特别是容易出现扬尘污染的时间段，应增加主次干道冲洗频次，同时重视环卫工人管理，严禁焚烧垃圾行为。还要强餐饮油烟污染整治。合理规划城区餐饮经营区，在集中区域设置专用烟道，配套建设油烟净化设施，确保油烟达标排放，同时严禁露天烧烤行为。积极做好禁燃限放烟花爆竹宣传工作，维护“永泰蓝”。